中药材重金属污染的原因和治理方法韧探

中药材的质量，直接影响中成药与饮片的质量和疗效，并制约中药材的出口。目前，我国中药年出口额约占国际市场的3％，这与我国中医药大国的地位极不相称。究其原因，主要是我国中药材生产长期存在着许多问题，如种质不清，种植、加工技术不规范，农药残留量和重金属含量超标，药材质量不稳定，多数药材缺乏明确的有效成分含量指标和规范化检测方法等。面对国际天然药物市场激烈的竞争，必须加快中药现代化进程，建立和完善中药材研究开发过程中的一系列标准规范，特别是加快中药材生产质量管理规范(GAP)。笔者在对部分川产药材的研究中发现，重金属污染现象较为普遍，不同药材超标程度不同。解决重金属污染是目前国内外研究的难题，现在都只停留在试验阶段，真正可以用于实际生产中的方法还未见报道。因此，中药材重金属污染已成为当前中药材生产中亟待解决的重要问题，本文就这个问题的形成原因和解决方法做初步的探讨。
一、中药材重金属污染的标准及现状
中国药典2000年版一部附录对重金属检测方法作了明确的规定，但无重金属的检测限量标准。而国际上对此十分重视，许多国家在进口中药材时，进行严格的品质检测，凡有害物质，如重金属(As、Cd、Pb、Hg、Cu)、化肥及农药残留等超过标准则一律禁止进口。在日本、美国和欧洲对进口中药材有更严格的标准。由于不符合标准而被禁止进口的报道屡见不鲜，尤其是东北的人参，重金属含量严重超标，严重影响了出口。1999年美国公布了260种中成药的检测结果，在不合格的123个中成药中，中国大陆有93个。而不合格中成药所含Ph、As、Hg等重金属大大超过了FDA规定的指标，有的则是农药残留超标或含FDA认定的毒性成分。
我们参照国家对外贸易经济合作部颁布的《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》，对部分川产药材重金属含量进行了检测，结果发现，重金属含量在不同程度上都有超标，见表1。
二、药材重金属污染的原因
在中药材种植基地建设中，我们发现药材重金属污染主要有以下原因。其一，多数基地都是由农田改造而形成，这些农田在传统生产中大量的用污水灌溉，受到了重金属污染。1976年农业部组织200多个单位经7年时间对全国污水灌溉区普查评价发现：用污水灌溉的地方都有不同程度的重金属污染，如沈阳张士灌区附近的330hm2的农田铬污染达5～7mg／kg(周锡爵，1987)。其二，使用了含有某种重金属的农药和肥料，如含有机砷、有机汞的杀虫剂和含有CuS04的肥料，也可导致作物中重金属含量超标。其三，生活垃圾的随意处理，如废电池的乱丢可产生大量的铬、锌、镍等污染。其四，基地建立在一些矿山或工业区内，这些矿区可产生大量的重金属。其五，中药材在加工炮制过程中由含重金属的器具、辅料带来的污染。
三、土壤中重金属污染的治理途径
土壤重金属污染主要是指汞、铬、铅、镉、锌、铜、镍、钴、锡以及砷等。重金属在土壤中不易被微生物分解，且具有明显的生物富积作用，重金属主要通过对作物的产量和品质的影响表现其危害。因此，环境中的重金属潜伏期较长，污染源及地域复杂，化学行为和生态效应复杂。30年来，环境科学家一直在寻找合理的，高效的，经济的方法解决环境中的重金属问题。目前，主要有两个途径来治理土壤中的重金属污染：
1．改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性。
2．从土壤中去除重金属。
围绕这两种治理途径，科学家们提出了物理，化学和生物的治理方法。但是，这些方法大多只是在实验室里，或者是设想。而且主要集中在针对于农作物，蔬菜，果树的污染治理，真正能够用于实际生产的很少。作为中药材基地中的重金属污染问题，并未引起人们的足够重视。
四、中药材重金属污染的治理措施及方法
1．一般物理方法和化学方法
在农作物生产中的重金属污染的治理，通常根据物理和化学的原理对污染的土壤进行系统改良。如用其他地方未被污染的土壤覆盖受到污染的土壤的客土法，把受污染的土壤与未被污染土壤进行交换的换土法，或根据污染土壤是在表面的特点而进行的翻土法，应用电动力学的方法通以直流电进行聚集重金属离子，应用热解吸法除去易受热挥发的汞、硒，应用表面活性剂通过吸附作用提取。但是，这些方法实用于较小面积的污染治理，而且需要花费大量的人力和物力，对大面积的中药材种植基地而言实用性不大。
2．施用改良剂
使用改良剂以降低重金属的活性，或降低重金属的水溶性、扩散性和生物有效性，从而降低重金属进入生物体的能力。如在某些污染土中加入石灰性的物质，能提高土壤的pH值，使某些重金属生成氢氧化物沉淀；使用有机物等还原性物质，改变土壤的氧化还原状态，使重金属生成硫化物沉淀；施用磷酸类盐物质使重金属生成难溶性的磷酸盐；此外，还可以利用拮抗作用的原理来降低植物对某种污染物的吸收。中药材GAP种植基地，也可以运用这些方法，但在国内很少报道相关的运用，其有效性需要在基地建设的试验中证明。
3．生物修复技术
生物修复技术是利用某些特定的动植物和微生物具有能够较快地吸走或降解土壤中的重金属污染物的能力而达到净化土壤的目的。以前它只包括微生物修复技术，笔者认为还应该包括植物修复技术和应用基因工程的技术，这些技术目前虽很少用于中药材的栽培，但是，它们在中药材规范化种植研究上有很大的发展空间。
(1)微生物修复技术。
微生物对重金属有很强的亲和性，尤其是细菌产生的特殊酶能还原重金属，且对Cd，Co，Ni， Mn，Zn，Ph和Cu等有亲和力，能富集这些有毒的重金属并将其储存在细胞的不同部位或结合到胞外基质上，通过代谢过程这些离子可被沉淀，或被轻度螯合在可溶和不可溶性生物多聚物上。同时，细胞对重金属盐有适应性，通过平衡或降低细胞活性得到恒定条件。微生物积累重金属也与金属结合蛋白和肽以及特异性大分子有关，细菌质粒可能有抗有毒金属的基因。在中药材的重金属污染治理方面，可以通过使用有机肥来产生大量的微生物，降低重金属污染。
(2)植物修复技术的应用。
植物修复技术就是利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染体(如土壤和水)中的污染物，使其达到清除污染，修复或治理的目的。植物修复技术由20世纪80年代提出，很快就得到了广泛的认同和应用，所用的植物通常具有超积累的特性，利用其对重金属的高吸收和高富积的特性来吸收土壤中的重金属，并在植物的地上部分大量富积。现已发现了360多种具有这一特性的植物，尤其是十字花科植物。据统计有印度芥菜、荟柏、油菜、大豆等，不同的植物对重金属的富积作用各异。如向日葵对锶、铅、铯吸收；油菜对锌吸收；甘蓝对铯吸收；印度芥菜对铯、铅、硒、铬的吸收等。中药材GAP基地可以运用植物修复技术，根据具体情况，有针对性地筛选超积累植物进行一定的套种或轮作，减少重金属的含量。该方法成本低、可操作性强、不会带来二次污染，应为今后研究的重点。
(3)运用基因工程来改良。
无论是细菌还是植物对重金属的吸收都仅限于某一种或几种重金属，关键是吸收的量有限、筛选的目标太大，很难找到一种较为理想的品种。进入20世纪70年代以来，分子生物学迅速发展，尤其是在基因工程方面，为我们找到和筛选富集重金属作用的基因提供了可能。首先，找到可以进行超积累的植物或微生物，研究富积机理以及相关的蛋白质；然后找到与超积累有关的基因；再用基因工程技术提取和分离基因，把基因用质粒进行转基因，从而生产具有超积累的转基因植物。这样的研究已有进展，如美国已经成功培育出可以去除重金属的白杨树。巴西完成了来自于亚格罗河马孙地区的青紫色素杆菌的基因测序工作，青紫色素杆菌生产可降解塑料、清除金矿等地区的汞和重金属污染及控制农业病虫害。英国牛津大学研究可以吃重金属的植物。北京大学蛋白质工程及植物基因国家重点试验室蛋白质结构功能课题组负责人茹炳根教授称，他们已成功培植出一种能高效地吸收重金属的转基因植物一烟草，它对土壤中重金属具有很强的抵抗能力和吸附能力。如果把转基因的烟草种于被污染的土壤，利用它来吸收和排除土壤中的重金属，再来种植中药材，可降低重金属含量，该方法廉洁简便，效果好，便于推广。
(4)结合中药材加工、炮制方法来治理。
由于植物对重金属的吸收是通过富积作用，也就是集中在一定的部位，对于某些特殊的中药材来讲，我们可以探查富积部位，通过加工、炮制方法来降低重金属的含量。如采用清洗、剥皮等加工方法和炮制过程中减少器具、辅料的污染等，都能有效防止药材中重金属的污染。当然，这还有待于深入研究药材的生理、生长规律以及重金属富积部位而定。
五、重金属污染治理的展望
在中药GAP基地建设中，解决重金属污染问题时，首先应对中药材种植基地进行环境评价，避免在环境不合格的地方(如矿山或工业区)建药材生产基地。环境监测主要包括大气、水质、土壤的检测，如：大气应符合国家大气环境质量二级标准，土壤应符合国家土壤质量二级标准，灌溉水应符合农田灌溉水质量标准。同时，我们应该加大重金属污染治理的力度，结合中药材的生产特点，选择适宜的治理方式。我们认为：作为环保绿色的植物修复技术和结合基因工程的改良技术应是今后研究的重点。
摘自:《世界科学技术—中医药现代化》文/付福友 李敏 白志川